过氧化氢消毒灭菌技术介绍

收稿日期：2012-08-09作者简介：王　朋（1979－），男，工程师，主要从事制药企业质量验证工作。Tel：[phone]　　E-mail：[e-mail]过氧化氢消毒灭菌技术介绍王　朋（石药集团中诺药业（石家庄）有限公司，河北石家庄　050041）介绍了过氧化氢的在制药企业的应用，并着重对过氧化氢消毒技术的应用，以及消毒效果验证、兼容性、安全性进行说明。还具体地对过氧化氢与其他消毒剂、消毒方法进行分析和对比。过氧化氢；灭菌；消毒中图分类号：R187文献标识码：A文章编号：1008-455X(2012)06-0046-03IntroductionofSterilizationTechnologywithVaporizedHydrogenPeroxideWangPeng(Zhongnuo(Shijiazhuang)PharmaceuticalCo.Ltd,CSPC,Shijiazhuang,050041)Abstract:Inthisarticle,theapplicationofhydrogenoxide,especiallythesterilizationtechnologybyusinghydrogenoxide,inpharmaceuticalenterpriseswasintroduced.Thevalidation,compromiseandsafetyofsterilizationeffectwerestated.Moreover,thecomparisonofthistechnologywithothersterilizationmethodsoragentswascarriedout.Keywords:hydrogenoxide;sterilization关键词摘要1　前言随着新版GMP的实施和推广，对无菌药品的生产也提高了相应的要求，而灭菌一直以来都是无菌产品的关键环节，为了提高产品的质量，选择合适的灭菌方式就显得尤为重要。在各种灭菌技术当中，气态过氧化氢（H2O2）灭菌技术被公认为理想的灭菌方式。过氧化氢蒸气（VHP）消毒技术正迅速成为制药、生物技术和医疗卫生行业生物净化方法的选择，对与高压锅相同的生物指示剂-嗜热脂肪芽孢杆菌达到6-log的杀灭率。这种灭菌方式目前已广泛应用于制药、生物科技、生物医学、卫生保健、生物、食品和环境保护等诸多方面。2　过氧化氢消毒原理过氧化氢因具有氧化还原作用而具有杀菌效果，特别对厌氧芽孢杆菌杀灭效果好。过氧化氢的作用原理是通过复杂的化学反应解离具有高活性的羟基，用于攻击细胞的成分，包括破坏细胞膜、脂类、蛋白质和DNA。通过“闪蒸”将液态H2O2转化为VHP，此过程可在常温常湿的环境下有效进行，所以不需要进行除湿等特别的预处理。VHP被均匀的引入密闭空间，其内表面完全暴露于VHP中，形成约1μm的过氧化氢膜，附着在可能寄居微生物的表面，微生物自身会作为核心被形成的微冷凝所包裹，并迅速被此过程杀灭。灭菌的目标定为生物指示剂BIs达到6-log的杀灭率，通常使用的BI为嗜热脂肪芽孢杆菌。完成消毒后的VHP被催化分解为水蒸气和氧气，也可以使用强力通风装置对其完全分解，或者使用建筑空调通风系统，对冻干机来说可以借用其抽真空系统迅速去除残留的VHP。··医药工程设计2012年　第33卷　第6期　12月20日出版Pharmaceutical&EngineeringDesign2012，33(6)制药装备应用与研究　3　过氧化氢蒸气消毒过程[1]（1）Conditioning准备：约需5~10min时间使过氧化氢发生器的蒸发器稳定在约120℃~130℃的温度状态。（2）Gassing进气：使用容易获得的医药级的30%~35%w/w过氧化氢溶液，在发生器中瞬间蒸发（闪蒸）后动态喷入目标区域，采用喷头提高蒸汽流速以近30.48m/s的速度，同时水平及垂直转动以保证均匀的分布。（3）Dwell保持：过氧化氢蒸气在目标区域保持一定的时间范围以确保完全的生物杀灭，此过程使目标区域经过氧化氢蒸气充分和额外的暴露，以保证得到成功的结果。（4）Aeration通风：采用设施的通风系统将蒸汽从目标区域移除，或者兼用通风单元快速催化分解蒸汽为水和氧，在设施的通风系统没有合适的阀门或者不易控制时，采用独立的通风系统将很有意义。4　过氧化氢消毒效果表1　VHP液态和气态比较测试用微生物杀死90%芽孢菌所需时间液态/凝结的370mg/L24℃~25℃气态/干1-2mg/L24℃~25℃嗜热脂肪芽孢杆菌1.51-2枯草杆菌2.0-7.30.5-1芽孢杆菌0.80.5-1表2　VHP各类型灭菌方式比较工艺运用范围物料兼容使用方便性工艺时间验证环保健康&安全液体次氯酸钠++----+消毒剂+++---+气态甲醛+++----环氧乙烷++++++-+++-二氧化氯+++-+++++过乙酸+++++++++臭氧++++++++-VHP++++++++++++++++++表3　VHP各类型灭菌方式比较-甲醛和VHP灭菌时间灭菌残留物可否验证安全因素人安全因素物甲醛超过12h需使用碳酸铝中和，会产生白色结晶粉末不有致癌性有腐蚀性VHP气化过氧化氢2-4h无残留无副产品生物灭菌指示剂无腐蚀性但液态腐蚀性强5　H2O2应用从VHP灭菌概念产生以来，这项技术从注重小的封闭系统如：隔离器、传递舱等发展到更大的空间，如：房间、套间、乃至整个建筑。然而，随着消毒体积的扩大也其特有的设置方面提出挑战，需要针对VHP灭菌对建筑系统进行独特的设计。由此产生的验证、健康与安全问题都需要被考虑到。VHP已经被广泛应用于冻干机、隔离器、房间、RABS、灌装线以及不同配置的操作/生产领域。5.1　冻干机的应用目前最通用的方法是采用蒸汽消毒，其操作是将冻干机内部的温湿度增加至121℃和25PSI，并保持一定的时间和循环，虽然使用蒸汽消毒对制药企业来说没有什么问题，但显著增加了冻干机的安装成本和复杂度，并需要很长的循环时间。冻干机通常是在极低的温度和高真空度条件下运行，不需要耐压级别，为了满足高压灭菌的要求，舱体必须作为压力容器而显著增加了生产成本，经常是达到了翻倍的程度，同时，需要辅助蒸汽发生器和不锈钢管路系统。因为蒸汽灭菌成本的显著增加，同时现有的冻干机不能改造成蒸汽灭菌型，采用过氧化氢蒸气成为另外一种可行的方案。5.2　大面积空间消毒最初的过氧化氢蒸气消毒重点着眼于控制VHP浓度在整个过程不超过凝露点，如采用的方法是在循环开始前和进行中使用一个干燥筒消除环境中的湿气，这种方法适用于对小体积的环境条件进行调节，但对几十或者成百上千立方米的空间却出现问题，不用说，局限了VHP在大体积空间的应用。后来的研究证明这种方法在杀菌效率方面比目标空间达到凝露点时要低，研究发现当目标环境在循环过程中的浓度达到峰值时，会在所有暴露物体的表面形成一层看不到的沉积物，显微镜下是一个约2μm的冷凝薄膜，产生更为有效的杀灭作用。一旦过氧化氢分子接触到物体表面，即刻产生氧化作用形成自由基攻击微生物，达到高水平的消毒灭菌，并且对细菌、孢子、真菌、霉菌和病毒都广谱有效。因此，成功进行大面积空间消毒时，消除对任何环境条件的限制是必需的，已经有了接近99100m3的成功案例。后来，受启发于对灭菌房间的直接喷射（喷头一般置于房间的中心位置，直接喷射VHP进入环境，即不需要通过过滤器处理），对隔离器的灭菌处理也有了新的发展，过氧化氢蒸气直接喷射进工作区，而不是通过供气和排气的高效过滤，加上去除了对环境条件的限制，循环时间在1h内得以完成··医药工程设计2012年　第33卷　第6期　12月20日出版Pharmaceutical&EngineeringDesign2012，33(6)成为可能，在某些环境下也明显的改善了工作流程。6　H2O2消毒及灭菌效果验证验证和确认消毒成功是非常重要的，不管应用范围如何，使用过氧化氢蒸气技术要求考虑环境的具体因素，如大小、结构和环境条件等[2]。这些元素影响整个消毒循环的表现，能够帮助确定一套特定的参数实现成功的消毒。虽然理论分析可以得出一个合理的开始参数，但其必须通过运行一个循环开发过程的实践来确定。一旦这套参数在安全框架内完成-并被确认，一个性能验证循环的运行将得到最终的验证循环。6.1　灭菌阶段VHP浓度及分布验证均匀分布问题有时是个伪问题，因为不可能做到真正的均匀分布，就像甲醛灭菌一样，甲醛是否是均匀分布谁也不知道。一般考虑最差点使用BI进行生物挑战。就像细菌或悬浮粒子测试一样，考虑合适的位置测试。6.2　灭菌效力验证对过氧化氢应用的微生物挑战实验采用嗜热脂肪芽孢杆菌Geobacillusstearothermophilus[3]，在无菌操作环境要求达到6-log的杀灭率，这种微生物也被广泛认可作为蒸汽高压灭菌的杀菌过程和效果证明挑战中。过氧化氢蒸气发生器中内置先进的控制系统，不同于甲醛使用时的各种不确定性。通过多种传感器全可视化的持续反馈循环进程，也包括在必要时可以中断、修改、放弃操作。同时高度自动化的生产过程控制，顺从CFR第11章要求，符合当前的良好生产规范GMP要求。综上所述，过氧化氢蒸气很明显不仅是甲醛的替代物，因为它的光谱杀菌效率，完整的安全管理特性和完美的过程控制，全程可以得到验证支持，这项技术相比以往在制药和生物科技领域，可以开发很多新的应用。这项技术的好处在于其不仅仅是在灭菌过程中杀灭区域中的微生物，不管在日常或紧急状态，它能使整个生产和加工环境得到净化，恢复和提升至标准工作状态，过氧化氢蒸气形成新的基准过程。6.2　H2O2残留过氧化氢蒸气（VHP）消毒过程是快速、无残留和安全的，生成产物只有水和氧气。VHP相比其他消毒剂也具有广泛的材料适应性，意味着对建筑物造成损坏的风险更小,可作为设施的固定装置和设备。7　H2O2兼容性过氧化氢在近十年或更长的期间被广泛的应用于各种设施设备，对多种材料包括敏感的电子元件、显微镜、不锈钢、高效过滤的兼容性都取得验证。美国EPA2010年发表了论文[4]：专门讨论过氧化氢蒸气的材料兼容性问题，进行了一年的重复灭菌的不断操作，通过外观和性能来检查过氧化氢对材料的影响。结论：（1）对各种金属材料没有影响；（2）对建筑本身的各种材料比如：防火探头、插座等没有影响；（3）对办公用品比如光盘、传真机、手机等没有影响；（4）台式机开机状态进行灭菌，也没有影响到台式机的外观性能等。也就是说：对这些设备和材料都可以很好的兼容。8　健康与安全作为一种消毒方法，影响过氧化氢蒸气技术在房间消毒应用方面发展的最大原因是，人们固有的观念（尽管不正确）会将其同甲醛熏蒸的许多缺陷联系在一起。除了变得更安全，消毒也变得更加高科技化。将过氧化氢溶液汽化并发散出去从安全的角度来看，这两种技术差异很大，这正是到目前为止甲醛熏蒸消毒通常仅被用来处理紧急事故的原因之一。当使用甲醛时，现场的准备工作通常以尽可能少的人员进行，整个建筑需要保持关闭多日以移除呛人的气味。需要大量的手工清洗去除白色粉末残留，带来了潜在的污染物，对维持无菌的环境造成了挑战。相比过氧化氢蒸气，用于一个全科医院的病房和手术室消毒仅需不到90min，而且一般医院的基础设施远不如大多数药厂的环境那样易于消毒，比如房间存在吊顶、没有制热通风装置，空调系统贯穿相邻的病房，消毒区域与公共通道仅咫尺之遥等。9　结束语有很多不同的消毒方法可以使用，但VHP技术被看做是未来的发展方向，它已经在制药、生物产业领域取得了生物有效性，良好的材料兼容性、及大量应用的证明。在现在和将来，这些技术将继续帮助产品更加安全和更高效的流程。参考文献：[1]武海萍.过氧化氢低温等离子低温灭菌系统灭菌循环取消的原因及对策[J].中华护理杂志，2008，43(11):1029-1030.[2]易丽萍，金新红，张薇.影响低温等离子灭菌效果的因素及预防对策[J].中华医院感染学杂志，2009，19(12):1529-1530.[3]消毒技术规范[S]（200